某发动机连杆及铣开连杆体和连杆盖的工艺设计
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摘要：发动机连杆的设计包括的范围比较广，有很多方面值得研究。在本文中，笔者从某活塞式发动机连杆设计作为出发点，详细的探讨了其加工工艺和相关的夹具的设计。活塞式发动机的连杆在工作的过程中需要承受较多的冲击动载荷，所以其主要特点就是质量小，但是强度比较高，这主要是由其功能决定的。连杆作为主机的一个重要的零件，它的大小头孔分别和曲轴、活塞连接，能够很好的把活塞的气体压力传送给曲轴，与此同时还能通过轴驱动使得活塞将汽缸中的气体进行压缩。也就是说活塞发动机连杆的设计需要遵循“先基准后一般”的加工准则，由此才能保证其强度能承受相应的冲击动载荷。连杆的大小头孔、两端面、连杆体和盖的结合面及螺栓孔定位面都是相当重要的加工表，影响着整个主机的性能。此外，在活塞发动机的夹具设计进行过程中也要依据连杆质量小、结构小的特征来设置相对应的夹具体结构的具体尺寸。这些都是活塞式发动机零件设计中务必要注意的地方。
1 发动机连杆简介
1.1 连杆的用途及其特点
活塞式发动机的连杆是一个比较重要的传动零件，活塞发动机的连杆主要由连杆体和连杆盖组成，螺栓和螺母与曲轴将连杆体和连杆盖上的大头孔装在一起。它的主要功能就是通过回转运动向外传输动力。其工作的过程就是通过被气体压力作用的活塞顶面向曲轴传输动力，而作为发动机中的主要传动部件之一将作用于活塞顶面的膨胀压力传递给曲轴，并由曲轴的驱动带动活塞压缩汽缸中的气体，这时候的曲柄的回转运动就能产生动力。
活塞式发动机连杆的用途如此的重要，而其设计加工的好坏又切实的关系到这种功能的效果，所以说，要在设计加工的过程中保证其工艺的精度，由此确保发动机的性能。此外，还应重点把握反映连杆精度的参数：连杆大和小头孔的平行度、形状精度以及尺寸精度；连杆大端中心面和小端中心面相对连杆杆身中心面的对称度；连杆大头螺栓孔与结合面的垂直度；连杆大头和小头孔中心距尺寸精度。
1.2 连杆的材料
由于连杆具有质量小强度大的特点，并且还要承受多向交变的荷载，因此，必须选择强度高的碳钢和合金钢等作为连杆材料才能满足其需求，常用的材料有45钢、55钢、40CrMnB等。
2 连杆的加工工艺过程
2.1 加工阶段的划分和加工顺序的安排
2.1.1 有关加工要求
活塞发动机的连杆在尺寸和形状上要求较高的精度，在安装的时候其位置的精度也是需要注意的。但是连杆自身在刚性上明显不是很好，所以在加工过程中出现的残余应力能够使得它的形状出现变化，为了避免这种情况的出现，减少残余应力的方法就是将连杆加工工序中的粗加工和精加工工序独立开来，这样以来，在后续的精加工中就能给有效的对粗加工中出现的变形进行修缮以保证连杆符合技术要求。
大、小头孔和两端面、连杆体和盖的结合面以及连杆螺栓孔定位面等都是在加工活塞发动机连杆时需要注意的，以及轴瓦锁口槽、油孔等的表面加工工作。加工的过程中的顺序可以按照连杆分合或者连杆合装前后的加工阶段来划分，依据连杆的分合可以从连杆体和盖切开之前、切开后和合装后来划分，而按照合装前后则可分粗细加工两个阶段。
2.1.2 连杆工艺加工过程
按照连杆合装之前和之后分出的连杆表面的粗细加工阶段的主要有：在连杆体和连杆盖合之前进行粗加工，完成辅助基准面的加工并铣、磨连杆体以及连杆盖对口面都是此阶段的主要任务；其次在连杆体和连杆盖合并之后要进行半精加工以及精加工，主要包括精磨两平面，半精镗大头孔及孔口倒角，珩磨大头孔，精镗小头活塞销轴承孔等。
2.2 主要孔的加工方法
大、小头孔的加工是在加工活塞发动机连杆机械过程中对连杆质量起到重要作用的加工工序。其加工的具体措施是，在钻、扩、铰后，小头孔在金刚镗床上与大头孔同时精镗并达到IT6级公差等级，然后压入衬套，再以衬套内孔定位精镗大头孔。而大头孔经过扩、粗镗、半精镗、精镗、金刚镗和珩磨达到IT6级公差等级。使得其粗糙度满足要求之后进行铣开工序并组合连杆与连杆体进行精镗。连杆的螺栓孔经过钻、扩、铰工序。在此过程中要注意用两工位夹具确保螺栓孔的两个端面与连杆大头端面垂直。
3 铣开连杆体和连杆盖的工序参数确定
3.1 工艺装备简介
铣床X62W是加工工艺进行之前需要准备的生产设备，因为它比起过去一般性的机床有了更多的功能，更能够有利于活塞发动机连杆的加工。铣床X62W不仅仅具有机械、液压、气动、伺服驱动等常见的特点，还具备高精密、自动化的特点，这都有益于先进的控制理论和计算机网络技术的运用，由此它在工作的时候效率和精度更好，有助于提高连杆的加工质量和处理加工中存在的问题。
3.2 工序参数确定
根据《机械制造工艺设计手册》表2.4-79（90）选取数据
切削宽度ae=3mm 铣刀齿数Z=24
铣刀直径D=63mm 切削速度V=0.34m/s
切削深度ap=2mm af=0.015mm/r d=40mm
则主轴转速n=1000v/πD=103r/min
根据表3.1-74 按机床选取n=750r/min
则实际切削速度V=πDn/（1000×60）=2.47m/s
4 连杆体与连杆盖的铣开工序
连杆的加工过程中连杆盖和连杆本身的配置之后的结合强度大小程度受到剖分面的加工质量的影响，而剖分面作为连杆体和连杆盖的结合面，其加工的时候其尺寸大小和安装的位置是不是准确到位都关系到其剖分面本身的平面度、粗糙度等质量问题。想要避免这些问题，首先就要具备高精度的夹具和锯片安装，在加工的时候确保其平面度公差最大不过0.03mm 和剖分面与大头孔端面的垂直度，最后就是要在铣开工序完成之后进行相应的磨削加工。